Цель урока: формирование понятия явления самоиндукции, его проявлении в цепях электрического тока, отработка навыков применения правила Ленца, умения проводить аналогии между явления природы, привитие интереса к предмету через знакомство с историей открытий в области физики.
Оборудование: 1) опыт по наблюдению явления самоиндукции при замыкании цепи; 2) опыт по наблюдению явления самоиндукции при размыкании цепи; 3) интерактивная доска.
Ход урока 1. Изучение нового материала Учитель:
В блоке “Электродинамика” <Презентация, слайд 1> мы продолжаем изучение модуля “Электромагнетизм”, в котором знакомимся с явлениями, подтверждающими взаимосвязь электричества и магнетизма. Вернемся к началу 19 века.
Сообщения учащихся, подготовленные к уроку <Презентация, слайд 2>:
1-ый ученик.
В 1831году английский ученый М. Фарадей, директор лаборатории королевского института, в статье “Об индукции электрических токов” описал эксперимент, который стал открытием явления электромагнитной индукции: “На широкую деревянную катушку была намотана медная проволока длиной 203 фута, а между ее витками была намотана проволока такой же длины, изолированная от первой хлопчатобумажной нитью. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая с сильной батареей. При замыкании цепи наблюдалось внезапное, но чрезвычайно слабое действие на гальванометре, и тоже действие замечалось при прекращении тока”. Затем Фарадей получил электрический ток с помощью только лишь магнита, вталкивая его внутрь спирали, а при резком удалении магнита стрелка отклонялась в противоположную сторону.
2-ой ученик.
В 1833 году русский ученый Э. Х. Ленц сформулировал правило для определения направления индукционного тока: “Если металлический проводник движется поблизости от магнита, то в нем возбуждается ток такого направления, что если бы данный проводник был неподвижен, то ток мог бы обусловить его перемещение в противоположную сторону”.
3-ий ученик.
Перенесемся на другую сторону Атлантики в небольшой городок Олбани в Соединенных Штатах Америки. Здесь в Академии преподавал физику и математику Джозеф Генри. В свободное время он увлекался изготовлением электромагнитов и добился успехов: один из магнитов мог удержать платформу массой в тонну. Как и Фарадей Генри размышлял над проблемой получения электрического тока с помощью магнита.
Генри поставил эксперимент, вошедший во все учебники физики. Он изготовил две катушки, большую и малую, с таким расчетом, чтобы одна свободно вдвигалась в другую. Затем подключил малую катушку к электрической батарее, а большую к гальванометру, и, вдвигая первую во вторую, заметил отклонение стрелки.
Генри смог опубликовать свои результаты лишь в 1832 году т. е. уже после Фарадея.
4-ый ученик.
Приехав в столицу Великобритании в 1838 году, Генри поспешил в лабораторию к Фарадею и поинтересовался над какой проблемой тот работает.
Фарадей показал Генри термопару, один спай которой был погружен в сосуд со льдом, а другой лежал на раскаленной печке. Фарадей поднес концы проводов от термопары друг к другу, безуспешно пытаясь получить между ними искру.
Тогда Генри сделал спираль, намотав на палец один из проводов, вдвинул в спираль железный стержень, поднес их концы друг к другу – и искра проскочила!
Учитель: Каким же образом провод смотанный в катушку усилил действие термопары (источника тока)? Демонстрация опыта 1.
Две одинаковые лампы присоединим к источнику тока параллельно друг другу, но одну - через реостат, а другую - через катушку с большим числом витков медного провода, в которую вставим железный сердечник.
Почему вторая лампа загорается позже первой? Демонстрация опыта 2.
В цепь, содержащую дроссельную катушку, параллельно ей подключили светодиод в обратном направлении.
Почему при размыкании цепи вспыхивает светодиод?
Ответить на эти вопросы нам поможет изучение явления самоиндукции, открытого Джозефом Генри в 1829 году.
Повторим, что нам известно о явлении электромагнитной индукции.
Опрос учеников:
1.Какое явление называется электромагнитной индукцией? 2.Как можно изменить магнитный поток через поверхность замкнутого контура? 3.Как определяется магнитный поток созданный проводником с током? Как его можно изменить? 4.От чего зависит индуктивность проводника? 5.Как читается закон электромагнитной индукции? 6.Какова современная формулировка правила Ленца? Работа ученика на интерактивной доске:
Используя правило Ленца, определите направление индукционного тока в верхнем витке при замыкании и размыкании цепи витка, подключенного к источнику тока <Презентация, слайд 3>.
Учитель:
Проверьте ваши результаты <Презентация, слайд 4>.
Учитель:
Ток — это движение заряженных частиц под действием электрического поля. Электрическое поле в проводнике возникло при изменении магнитного поля. Исходя из единства природы, мы должны предположить, что такое же явление должно происходить и в витке, подключенном к источнику тока. При замыкании ключа возникает ЭДС индукции направленная против ЭДС источника тока, а при размыкании – вдоль ЭДС источника тока. Это явление получило название явление самоиндукции <Презентация, слайд 5>.
Рассмотрим схемы предыдущих опытов <Презентация, слайд 6>.
Какая лампа на схеме 1 загорится позже? Почему?
Почему вспыхивает светодиод при размыкании ключа? Покажите на схеме направление тока самоиндукции.
Как зависит сила тока от времени при замыкании ключа и размыкании цепи?
От чего зависит ЭДС самоиндукции? <Презентация, слайд 7>
Что принято за единицу измерения индуктивности? Индуктивность какого проводника равна 1 Генри?
Из-за большой индуктивности катушки ЭДС самоиндукции может значительно превысить ЭДС источника тока. Появление значительной разности потенциалов в месте размыкания цепи часто приводит к электрическому пробою воздуха, т. е. возникновению электрической искры. (Что и произошло, как вы помните в опыте Генри). Процесс самоиндукции задерживает увеличение и уменьшение тока в электрических схемах и линиях передачи сигналов, тем самым приводя к искажению информации.
1.Закрепление Учащимся предлагается тест для самооценки полученных знаний по теме “Электромагнетизм” <Приложение 1>. Полученные ответы заносятся в бланки. После выполнения работы учащиеся сравнивают свои результаты с правильными ответами <Презентация, слайд 9>. Разбираются вопросы, вызвавшие затруднение.
1.Касьянов В.А. Физика 11 класс. – М.: Дрофа, 2006. 1.Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. – М.: Просвещение, 2002. 1.Марон А.Е., Марон Е.А. Физика 11 класс: Дидактические материалы – М.: Дрофа, 2004. 1.Томилин А.Н. Мир электричества – М.: Дрофа, 2004. 5.Энциклопедия для детей. Физика. – Аванта+, 2001.
